利用铌酸锂光波导器件仿真单模光纤偏振模色散的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用集成级联铌酸锂光波导器件（ＬｉＮｂＯ↓［３］）使所传播的光束传输模式产生偏振，并利用每段光波导双折射特性（０．２６ｐｓ／ｍｍ）产生的差分群时延，将多个所述光波导插指以集成方式级联起来可对单模光纤的偏振模色散进行仿真的方法，与现有技术的偏振模色散仿真方法相比，该集成级联的铌酸锂光波导器件可按照所需要的概率分布同时产生一阶和高阶偏振模色散，并具有所需要模拟时间短、器件体积小、完全非机械性、性能可靠、适合于对高速率光传输通信系统进行高效率测试的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤通信领域，更确切地说是涉及一种利用铌酸锂(LiNbO3)光波导器件仿真单模光纤偏振模色散的方法，利用该方法可快速、准确地仿真长途光纤通信系统中单模光纤产生的一阶和高阶偏振模色散，用于测试偏振模色散对通信系统的影响。
技术介绍
在传输速率为10Gb/s及其以上的高速光纤通信系统中，偏振模色散(PMD)成为一个主要的技术障碍。PMD效应使得光脉冲在光纤中传播时沿快轴和慢轴分开成两个偏振脉冲，从而在接收端产生信号畸变，速率越高，PMD的影响越明显。PMD具有随机性，它随着光纤的铺设情况、周围的环境条件而动态改变。在进行光网络的系统设计时，通常定义由PMD产生的最大光通道代价为1dB，大于1dB阈值时定义为由PMD引起了系统失效。要保障系统良好运行，要求由PMD产生的光通道代价超过1dB阈值时的失效概率足够小。对于失效概率通常规定为每年一分钟，即10-6或更小。实际测量和理论计算表明，一阶偏振模色散(PMD)引起的差分群时延(DGD)服从麦克斯韦(Maxwellian)分布，该分布尾部的小概率大差分群时延(DGD)值事件最容易导致传输系统失效。另外，由于高阶PMD的存在，系统失效也可能发生在小DGD值的情况下或者DGD被补偿后。为了研究传输光纤PMD对于光传输通信系统的影响和PMD补偿后的情况，必须对传输光纤的大量PMD状态进行反复测试。由于大DGD值事件出现概率小，直接对传输光纤的PMD状态测试将耗费大量时间。因此，需要一种能够在短时间内快速准确地遍历实际使用传输光纤中所有PMD状态的PMD仿真方法，以提高光传输系统测试的效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用X切、Y向传播的LiNbO3光波导器件仿真单模光纤偏振模色散的方法，并使用该方法重点仿真DGD值较大的情况，提高对光传输系统测试的效率，从而，克服现有技术测试方法效率低下的缺点。一种，该方法包括将N个铌酸锂光波导器件级联，在每个光波导器件插指的两个电极上以0.02V为步长，在+20V至-20V范围内独立施加电压，并检测整个级联器件的总差分群时延，将各个光波导器件上施加的电压数值和检测的总差分群时延记录在数据库内；根据上述数据库内插指上所施加电压与相邻插指之间偏振模色散矢量方向间的相对延迟和相邻插指之间偏振模相移的关系函数计算出所述相邻插指之间偏振模色散矢量方向间的相对延迟和相邻插指之间偏振模相移，将计算出的上述两数值记录在数据库内；在仿真过程中，先确定需要仿真的相邻插指之间偏振模色散矢量方向间的相对延迟和相邻插指之间偏振模相移的概率分布，选择上述相邻插指之间偏振模色散矢量方向间的相对延迟和相邻插指之间偏振模相移的数值，根据这些数值在数据库中查找相应的各个插指所施加电压数值；将从数据库中所查找出的各个插指所施加电压数值转换为各个插指上的电极电压，施加在插指电极上，由此获得所需要概率分布的偏振模色散效果。根据本专利技术的上述方法，当需要仿真概率平均分布的偏振模色散情况时，所选择的相邻插指之间偏振模色散矢量方向间的相对延迟的余弦数值在-1至1之间等间隔分布，和所选择的相邻插指之间偏振模相移在0至2π之间等间隔分布。根据本专利技术的上述方法，当需要仿真重点采样分布的偏振模色散情况时，所选择的相邻插指之间偏振模色散矢量方向间的相对延迟的余弦数值在-1至1之间非均匀分布，和所选择的相邻插指之间偏振模相移在0至2π之间非均匀分布。根据本专利技术的上述方法，当需要仿真概率偏置分布的偏振模色散情况时，所选择的相邻插指之间偏振模色散矢量方向间的相对延迟的余弦数值在-1至1之间非均匀分布，和所选择的相邻插指之间偏振模相移在0至2π之间非均匀分布。根据本专利技术的上述方法，当需要仿真重点采样且概率偏置分布的偏振模色散情况时，所选择的相邻插指之间偏振模色散矢量方向间的相对延迟的余弦数值在-1至1之间非均匀分布，和所选择的相邻插指之间偏振模相移在0至2π之间非均匀分布。本专利技术的方法利用X切、Y向传播的铌酸锂光波导器件(LiNbO3)使所传播的TE-TM模产生偏振，并利用该器件双折射特性(～0.26ps/mm)产生差分群时延，将多个LiNbO3光波导器件级联起来可对单模光纤的偏振模色散进行仿真。与其他偏振模色散仿真手段相比，该级联的LiNbO3光波导器件可同时产生一阶和高阶PMD、作用时间短、体积小、完全非机械性、性能可靠、适合于对高速率光传输通信系统的测试。由于本专利技术的方法中使用重点采样将仿真集中在采样空间中DGD值和二阶PMD(SOPMD)值较大的区域，与标准的Monte-Carlo方法相比，重点采样方法对小概率大DGD值事件的仿真更加有效、准确、快速。附图说明图1为本专利技术的偏振模仿真方法所采用的集成级联铌酸锂光波导器件的结构示意图；图2为采用本专利技术的偏振模仿真方法对高速光传输系统进行偏振模影响测试的原理图。具体实施例方式下面结合附图详细说明本专利技术的LiNbO3光波导器件偏振模色散仿真方法。集成级联式的LiNbO3偏振模色散仿真器的一个波导单元如图1所示。覆盖波导的插指电极的宽度等于偏振拍长Λ，插指电极之间的间隔为Λ/4和3A/4，电光系数r51。每个插指都根据其所加电压的大小产生少量的模式耦合，或者对应入射光信号的+/-45°线偏振，或者对应入射光信号的左/右旋圆偏振。若干插指的效应累加，可模拟任何的耦合相位，实现完全的模式转换。以下是集成级联式LiNbO3光波导器件模拟光纤偏振模色散的基本原理将实际的传输光纤逻辑上分成若干段光纤，单段光纤自身的偏振模色散(PMD)引起该光纤段的差分群时延(DGD)值，而沿传输方向上前后各段光纤之间的耦合引起偏振模转换，传输光纤的总的差分群时延等于各个光纤段差分群时延与光纤段之间偏振模转换的总和。本专利技术的方法使用集成级联铌酸锂光波导器件，该光波导器件上设置有多个插指，利用每个插指所对应的一段波导模拟单段光纤的偏振模色散，然后利用各个插指所施加不同插指电极电压引起的插指之间偏振模转换来模拟各个光纤段之间耦合引起的偏振模转换，由此可以精确地模拟整个传输链路光纤的差分群时延(DGD)分布情况。各个插指之间的偏振模的转换可由Soleil-Babinet analog(SBA(，ψ))来表示，写成Jones矩阵的形式如下， 公式1中，表示前一个插指与本插指之间偏振模色散矢量方向间的相对延迟，ψ表示上述两插指之间偏振模的相移，也称为方位角。集成级联铌酸锂光波导器件的总差分群时延值τ可由表示相移(PS(ωτ))的Jones矩阵表示， PS(ωτ)=ejωτ001...(2)]]>公式2为本专利技术所使用的集成级联铌酸锂波导器件的差分群时延表达式。由于整个集成波导器件由n个插指级联形成，每段插指的传输函数TSi可表示成PSi和SBAi的乘积形式，整个波导器件的总传输函数TS是各段插指PSi和SBAi乘积的级联，由公式3表示。 公式3中，i从n到l以降序的顺序相乘，表明信号光依此通过第1段插指PS(ωτ1)，SBA(1，ψ1)，第2段插指PS(ωτ2)，SBA(2，ψ2)，...直至第n段插指。在集成级联式铌酸锂光波导器件偏振模色散仿真器的每段插指上施加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用铌酸锂光波导器件仿真单模光纤偏振模色散的方法，该方法包括：使用Ｎ个插指级联的集成铌酸锂光波导器件，在每个光波导器件插指的两个电极上以０．０２Ｖ为步长，在＋２０Ｖ至－２０Ｖ范围内独立施加电压，并检测整个级联器件的总差分群时延， 将各个光波导器件上施加的电压数值和检测的总差分群时延记录在数据库内；根据上述数据库内插指上所施加电压与相邻插指之间偏振模色散矢量方向间的相对延迟和相邻插指之间偏振模相移的关系函数计算出所述相邻插指之间偏振模色散矢量方向间的相对延迟和 相邻插指之间偏振模相移，将计算出的上述两数值记录在数据库内；在仿真过程中，先确定需要仿真的相邻插指之间偏振模色散矢量方向间的相对延迟和相邻插指之间偏振模相移的概率分布，选择上述相邻插指之间偏振模色散矢量方向间的相对延迟和相邻插指之间 偏振模相移的数值，根据这些数值在数据库中查找相应的各个插指所施加电压数值；将从数据库中所查找出的各个插指所施加电压数值转换为各个插指上的电极电压，施加在插指电极上，由此获得所需要概率分布的偏振模色散效果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾智，余重秀，刘蕾，余建国，
申请(专利权)人：北京北方烽火科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]